JP4558031B2 - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱処理装置（furnace ）および熱処理方法に関する。
例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化処理や拡散処理および拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニール等の熱処理に使用される熱処理装置に利用して有効な技術に関する。

ＩＣの製造方法における酸化処理や拡散処理等の熱処理には、バッチ式縦形ホットウォール形熱処理装置（以下、ホットウォール形熱処理装置という。）が、広く使用されている。
ホットウォール形熱処理装置は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、プロセスチューブの外部に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータとを備えており、複数枚のウエハがボートによって長く整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入され、ヒータによって処理室内が加熱されることにより、ウエハに熱処理が施されるように構成されている。

このようなホットウォール形熱処理装置においては、インナチューブとアウタチューブとの間に熱電対を配置して処理室内の温度を計測し、この計測結果に基づいてヒータをフィードバック制御することにより、熱処理を適正に制御することが行われている。
この制御方法の根拠は、プロセスチューブの外部に敷設されたヒータによってプロセスチューブの処理室内のウエハを加熱するホットウォール形熱処理装置においては処理室内の雰囲気全体が均一な温度となるため、インナチューブとアウタチューブとの間に配置された熱電対であってもウエハの実際の温度を計測することができ、その熱電対の計測結果によってヒータをフィードバック制御することにより、ウエハに対する熱処理を適正に制御することができるというものである。

しかしながら、このようなホットウォール形熱処理装置においては、ウエハが大径化した場合（例えば、直径が三百ｍｍのウエハの場合）には、次のような問題点が発生する。すなわち、ウエハの側方から加熱するホットウォール形熱処理装置においては、大径のウエハの場合にはヒータとの遠近差が顕著になることにより、ウエハの中心部と周辺部との温度差が顕著になるため、インナチューブとアウタチューブとの間に配置された熱電対による温度計測によっては、ウエハの中心部における実際の温度を計測したことにならない。つまり、熱電対による温度計測結果に基づいてヒータをフィードバック制御したのでは、ウエハに対する熱処理を適正に制御したことにはならない。

また、ホットウォール形熱処理装置においては温度の上昇および降下の時間を短縮することが要求されているが、ホットウォール形熱処理装置におけるウエハの周辺部の温度上昇および降下は中心部よりも速いため、温度の上昇および降下を短時間で実施すると、ウエハの中心部と周辺部との温度差が広がってしまう。このウエハの中心部と周辺部との温度差はウエハが大径になるほど顕著になる。
そのため、インナチューブとアウタチューブとの間に配置された熱電対による温度計測結果に基づいてヒータをフィードバック制御するホットウォール形熱処理装置においては、ウエハの中心部と周辺部との温度差を吸収するためにマージン（余裕）を設定する必要があるので、温度の上昇および降下時間の短縮に限界がある。

本発明の目的は、従来の技術のこれらの問題点を解決し、基板の実際の温度を適正に計測することによって熱処理を適正に実行することができる熱処理装置および熱処理方法を提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
ボートで保持された基板に対して熱処理を行う処理室と、前記基板の温度を計測する温度計と、を備えており、
前記温度計は、前記処理室内の前記ボートよりも外側で前記基板の厚さ方向に挿入されて回動自在に支承される支軸部と、この支軸部に保持されて前記基板と平行方向に延在する検出部と、を備えており、前記支軸部の回動によって前記検出部が前記ボートに保持された基板よりも外側の位置と前記基板の中心部の位置との間で回動する、
ことを特徴とする熱処理装置。

前記した手段によれば、処理室内の基板の実際の温度が温度計によって計測されるため、処理室を加熱するヒータを処理室内の基板の実際の温度に即してフィードバック制御することができ、その結果、基板に対する熱処理を適正に制御することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、図１に示されているように、本発明に係る熱処理装置はＩＣの製造方法における熱処理工程を実施するホットウォール形熱処理装置（バッチ式縦形ホットウォール形熱処理装置）１０として構成されている。

図１に示されているホットウォール形熱処理装置１０は、中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持された縦形のプロセスチューブ１１を備えている。プロセスチューブ１１はインナチューブ１２とアウタチューブ１３とから構成されており、インナチューブ１２は石英ガラスまたは炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて円筒形状に一体成形され、アウタチューブ１３は石英ガラスが使用されて円筒形状に一体成形されている。
インナチューブ１２は上下両端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ１２の筒中空部はボートによって長く整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室１４を実質的に形成している。インナチューブ１２の下端開口はウエハを出し入れするための炉口１５を実質的に構成している。したがって、インナチューブ１２の内径は取り扱うウエハの最大外径（例えば、三百ｍｍ）よりも大きくなるように設定されている。

アウタチューブ１３は内径がインナチューブ１２の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ１２にその外側を取り囲むように同心円に被せられている。
インナチューブ１２とアウタチューブ１３との間の下端部は多段の円筒形状に構築されたマニホールド１６によって気密封止されており、マニホールド１６はインナチューブ１２およびアウタチューブ１３の交換等のためにインナチューブ１２およびアウタチューブ１３にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。
マニホールド１６がホットウォール形熱処理装置の機枠３０に支持されることにより、プロセスチューブ１１は垂直に据え付けられた状態になっている。

図２に示されているように、マニホールド１６の側壁の上部には排気管１７が接続されており、排気管１７は排気装置（図示せず）に接続されて処理室１４を排気し得るようになっている。
排気管１７はインナチューブ１２とアウタチューブ１３との間に形成された隙間に連通した状態になっており、インナチューブ１２とアウタチューブ１３との隙間によって排気路１８が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。排気管１７がマニホールド１６に接続されているため、排気管１７は円筒形状の中空体を形成されて垂直に延在した排気路１８の最下端部に配置された状態になっている。

また、マニホールド１６の側壁の下部にはガス導入管１９がインナチューブ１２の炉口１５に連通するように接続されており、ガス導入管１９には原料ガス供給装置およびキャリアガス供給装置（いずれも図示せず）に接続されている。
ガス導入管１９によって炉口１５に導入されたガスはインナチューブ１２の処理室１４内を流通して排気路１８を通って排気管１７によって排気される。

マニホールド１６には下端開口を閉塞するキャップ２０が垂直方向下側から当接されるようになっている。キャップ２０はマニホールド１６の外径と略等しい円盤形状に構築されており、プロセスチューブ１１の外部に垂直に設備されたエレベータ（図示せず）によって垂直方向に昇降されるように構成されている。キャップ２０の中心線上にはボート２１が垂直に立脚されて支持されるようになっている。

ボート２１は上下で一対の端板２２、２３と、両端板２２と２３との間に架設されて垂直に配設された三本の保持部材２４とを備えており、三本の保持部材２４には多数の保持溝２５が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。
ボート２１は三本の保持部材２４の保持溝２５間にウエハ１を挿入されることにより、複数枚のウエハ１を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。
ボート２１とキャップ２０との間には、内部に断熱材２７が封入された断熱キャップ部２６が配置されており、断熱キャップ部２６はボート２１をキャップ２０の上面から持ち上げた状態に支持することにより、ボート２１の下端を炉口１５の位置から適当な距離だけ離間させるように構成されている。

図１に示されているように、プロセスチューブ１１の外側は断熱カバー３１によって全体的に被覆されており、断熱カバー３１の内側にはプロセスチューブ１１の内部を加熱するヒータ３２がアウタチューブ１３の周囲を包囲するように同心円に設備されている。断熱カバー３１およびヒータ３２はホットウォール形熱処理装置の機枠３０に支持されることによって垂直に据え付けられている。
ヒータ３２は上側から順に、第一ヒータ部３２ａ、第二ヒータ部３２ｂ、第三ヒータ部３２ｃ、第四ヒータ部３２ｄおよび第五ヒータ部３２ｅに五分割されており、これらヒータ部３２ａ〜３２ｅは温度コントローラ３３によって互いに連携および独立してシーケンス制御されるように構成されている。

また、各ヒータ部３２ａ〜３２ｅには各ヒータ熱電対３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄおよび３４ｅがそれぞれ設置されており、各ヒータ熱電対３４ａ〜３４ｅは計測結果を温度コントローラ３３にそれぞれ送信するようになっている。
そして、温度コントローラ３３は各ヒータ熱電対３４ａ〜３４ｅからの計測温度によって各ヒータ部３２ａ〜３２ｅをフィードバック制御するようになっている。すなわち、温度コントローラ３３は各ヒータ部３２ａ〜３２ｅの目標温度と各ヒータ熱電対３４ａ〜３４ｅの計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。

さらに、キャップ２０にはカスケード熱電対３５が上下方向に貫通されて支持されており、カスケード熱電対３５の挿入端部はインナチューブ１２の内周付近に敷設された状態になっている。
カスケード熱電対３５には五個の熱電対部３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄおよび３５ｅが設定されており、各熱電対部３５ａ〜３５ｅはインナチューブ１２の内部において各ヒータ部３２ａ〜３２ｅにそれぞれ対向するように配置されている。
各熱電対部３５ａ〜３５ｅは計測結果を温度コントローラ３３にそれぞれ送信するようになっており、温度コントローラ３３は各熱電対部３５ａ〜３５ｅからの計測温度によって各ヒータ部３２ａ〜３２ｅをフィードバック制御するようになっている。すなわち、温度コントローラ３３は各ヒータ部３２ａ〜３２ｅの目標温度と各熱電対部３５ａ〜３５ｅの計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。

図１に示されているように、断熱カバー３１とプロセスチューブ１１との間には冷却エア４０を流通させるための冷却エア通路４１が、プロセスチューブ１１を全体的に包囲するように形成されている。断熱カバー３１の下端部には冷却エア４０を冷却エア通路４１に供給する給気管４２が接続されており、給気管４２に供給された冷却エア４０は冷却エア通路４１の全周に拡散するようになっている。断熱カバー３１の天井壁の中央部には冷却エア４０を冷却エア通路４１から排出する排気口４３が開設されており、排気口４３には排気路４４が接続されている。排気路４４には第一ダンパ４５、水冷ラジエータ４６、第二ダンパ４７およびブロア４８が介設されている。

図１に示されているように、キャップ２０の断熱キャップ部２６の外側には図３および図４に示されたＬ字形状の放射温度計５０が処理室１４に挿入されて固定されており、放射温度計５０の処理室１４に挿入された上端の水平部分はボート２１に保持されたウエハ１のうち下から二段目のウエハ１と三段目のウエハ１との間に側方から挿入されている。上下のウエハ１、１の間に挿入された放射温度計５０の先端部はウエハ１の中心点まで達しており、上側である三段目のウエハ１の下面の中心部の温度を計測するようになっている。
そして、放射温度計５０は計測結果を温度コントローラ３３に送信するようになっており、温度コントローラ３３は放射温度計５０からの計測温度によってヒータ３２をフィードバック制御するようになっている。すなわち、ヒータ３２の目標温度と放射温度計５０の計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。

図３に示されているように、放射温度計５０は円筒形状に形成されたホルダ５１を備えており、ホルダ５１はキャップ２０に下から挿入されて固定されている。
ホルダ５１の中心線上には石英ガラスが使用されて円筒形のパイプ形状に形成された保持パイプ５２が上下方向に配置されて下端部において回転自在に支承されており、保持パイプ５２はキャップ２０の外部に設置されたロータリーアクチュエータ５８によって回転駆動されるようになっている。
保持パイプ５２の上端部にはエルボ形状部５３が直角に屈曲されて形成されており、保持パイプ５２の中空部内には複数本の光ファイバが束ねられた光ファイバ束５４が挿通されている。
光ファイバ束５４のエルボ形状部５３と反対側端は熱電対や抵抗素子等の測温素子（図示せず）に光学的に対向されており、測温素子の熱起電力に基づく出力が放射温度計５０の計測温度として温度コントローラ３３に送信されるようになっている。

保持パイプ５２のエルボ形状部５３の先端開口部には導波棒５６の後端部が嵌入されて固定されており、エルボ形状部５３に後端部が固定された導波棒５６は全体的に保持パイプ５２に水平に支持された状態になっている。
すなわち、保持パイプ５２は導波棒５６の支軸部を構成しており、図４に示されているように、導波棒５６は支軸部としての保持パイプ５２のロータリーアクチュエータ５８による回転に伴って保持パイプ５２の中心線を中心として回動するようになっている。エルボ形状部５３の内部において導波棒５６の後端面は光ファイバ束５４の先端面と突合されており、導波棒５６と光ファイバ束５４との突合部は継手部５５によって機械的かつ光学的に結合されている。

導波棒５６はサファイアまたは石英ガラスが使用されて丸棒形状に形成されており、導波棒５６のエルボ形状部５３と反対側である前端部には全反射面５７を構成する傾斜面が形成されている。
すなわち、図３に示されているように、全反射面５７は導波棒５６が先方へ行くに従って細くなるように切削されることにより形成されており、本実施の形態において、全反射面５７は導波棒５６の中心線に対して３０度の傾斜角Θを設定されている。また、全反射面５７は上向きに配置されており、上側のウエハ１の下面の中心点に光学的に対向されているとともに、その入射側光軸が垂直であるボート２１の中心線と、その反射側光軸が水平である導波棒５６の中心線と可及的に一致するように配置されている。
つまり、図３（ｂ）に示されているように、導波棒５６の全反射面５７はウエハ１の中心点における放射線６１を検出する検出部を構成している。

次に、前記構成に係るホットウォール形熱処理装置を用いる本発明の一実施の形態に係る熱処理方法を、温度制御を主体にして説明する。

図１に示されているように、複数枚のウエハ１を整列保持したボート２１は、キャップ２０の上にウエハ１群が並んだ方向が垂直になる状態で載置され、エレベータによって差し上げられてインナチューブ１２の炉口１５から処理室１４に搬入されて行き、キャップ２０に支持されたままの状態で処理室１４に存置される。
この際、放射温度計５０の導波棒５６の先端部はボート２１の二段目のウエハ１と三段目のウエハ１との間に挿入されて、導波棒５６の全反射面５７が三段目のウエハ１の下面の中心部に対向した状態になっている。

プロセスチューブ１１の内部が排気管１７によって排気されるとともに、プロセスチューブ１１の内部がヒータ３２の各ヒータ部３２ａ〜３２ｅによって温度コントローラ３３のシーケンス制御の目標温度（例えば、６００〜１２００℃）に加熱される。
この際、ヒータ３２の各ヒータ部３２ａ〜３２ｅの実際の加熱温度（出力）とシーケンス制御の目標温度との誤差は各ヒータ熱電対３４ａ〜３４ｄの計測結果に基づくフィードバック制御によって補正される。

また、各ヒータ部３２ａ〜３２ｅの加熱によるプロセスチューブ１１の内部の実際の上昇温度と各ヒータ部３２ａ〜３２ｅのシーケンス制御の目標温度との誤差は、カスケード熱電対３５の各熱電対部３５ａ〜３５ｅの計測結果に基づくフィードバック制御によって補正される。

ところで、ボート２１に保持されたウエハ１の直径が三百ｍｍである場合には、カスケード熱電対３５による温度計測によってはウエハ１の中心部における実際の温度を計測したことにならないため、カスケード熱電対３５による温度計測結果に基づいてヒータ３２をフィードバック制御しただけでは、ウエハ１に対する熱処理を適正に制御することができない。

そこで、本実施の形態においては、ウエハ１の中心部における現在の実際の温度を放射温度計５０によって計測し、この計測結果に基づいてヒータ３２をフィードバック制御することにより、ウエハ１に対する熱処理を適正に制御するものとしている。

すなわち、放射温度計５０の導波棒５６の全反射面５７は三段目のウエハ１の中心部に対向されているため、図３に示されているように、高温に加熱されたウエハ１の中心部からの放射線（熱線）６１は放射温度計５０の導波棒５６に垂直方向から入射して、全反射面５７に入射する。
導波棒５６の全反射面５７に垂直方向から入射した放射線６１は全反射面５７で水平方向に反射されて向きを変換される。水平方向に向きを変換された放射線６１は導波棒５６の界面で全反射を繰り返すことにより伝播して継手部５５を介して光ファイバ束５４に入射する。
図示しないが、光ファイバ束５４に入射した放射線６１は同様にして伝播して測温素子に照射する。
放射温度計５０は測温素子に照射した放射線６１に対応した測温値を温度コントローラ３３に送信する。
なお、図３（ｂ）に示されているように、下側のウエハ１からの放射線６２等の迷光は全反射面５７において外側に全反射するため、導波棒５６には入射しない。

放射温度計５０から送信されて来たウエハ１の中心部の計測温度と、カスケード熱電対３５から送信されて来たウエハ１の周辺部の計測温度との間に差がある場合には、温度コントローラ３３は放射温度計５０からの計測温度とヒータ３２のシーケンス制御の目標温度との誤差を求め、その誤差を解消させるフィードバック制御を実行する。
なお、放射温度計５０の計測温度に基づくフィードバック制御を実行すべきカスケード熱電対３５の計測温度と放射温度計５０の計測温度との差値の大きさには範囲を持たせることができる。
例えば、カスケード熱電対３５の計測温度と放射温度計５０の計測温度との差値が１℃以下である場合には、放射温度計５０の計測温度に基づくフィードバック制御を実行しないように設定することができる。
また、放射温度計５０によってウエハ１の周辺部における現在の実際の温度を計測したい場合には、図４（ａ）に想像線に示されているように、回動部としての導波棒５６を回動させて検出部としての全反射面５７をウエハ１の周辺部に配置すればよい。

ちなみに、本実施の形態においては、放射温度計５０はボート２１の三段目に保持されたウエハ１だけを測温することにより、ウエハ１の中心部と周辺部との温度差を解消させる温度制御を実行していることになる。
しかし、プロセスチューブ１１の内部の温度は均一に保たれていることにより、ボート２１の上段領域に保持されたウエハ１の温度と下段領域に保持されたウエハ１の温度との間には差が無いため、三段目に保持されたウエハ１の中心部の測温データだけであっても、ウエハ１の中心部と周辺部との温度差を解消させる温度制御は充分に適正に実行することができる。

ところで、直径が三百ｍｍのウエハ１においては、ヒータ３２に対するウエハ１の中心部と周辺部とでは、遠近差によって温度差や温度上昇速度差が発生する。これらの差があるままの状態で熱処理を実行すると、ウエハ１の熱処理状態の分布（例えば、酸化膜の膜厚分布や不純物の拡散分布）が中心部と周辺部との間で不均一になってしまう。
そこで、直径が三百ｍｍのウエハ１の場合の温度差や温度上昇速度差を吸収するために、従来例においてはヒータ３２の加熱によるプロセスチューブ１１の内部の温度上昇速度を低く抑制するシーケンス制御が実行されている。

しかし、本実施の形態においては、放射温度計５０の測温結果に基づくフィーダバック制御によってウエハ１の中心部と周辺部との温度差が解消されるため、ヒータ３２の加熱によるプロセスチューブ１１の内部の温度上昇速度を従来例に比べて速く設定することができる。

以上の温度制御によってプロセスチューブ１１の内部の温度が全体的に一定の安定した状態になると、図４（ｂ）に示されているように、放射温度計５０の支軸部としての保持パイプ５２がロータリーアクチュエータ５８によって所定の角度回転されることにより、保持パイプ５２に保持された回動部としての導波棒５６が回動されてウエハ１の外側に配置される。
このようにして導波棒５６がウエハ１の外側に退避されると、プロセスチューブ１１の処理室１４に原料ガスが供給されてウエハ１、１間に原料ガスが流通する場合であっても、その原料ガスの流れが導波棒５６の存在によって乱されるのを未然に防止することができる。

以上の温度制御による熱処理が実施されて予め設定された熱処理時間が経過すると、ヒータ３２の加熱が温度コントローラ３３のシーケンス制御によって停止されるとともに、冷却エア４０が冷却エア通路４１を流通される。
すなわち、冷却エア４０は給気管４２から供給されるとともに、排気口４３から排気路４４による排気力によって排気される。冷却エア４０は冷却エア通路４１を流通する間にプロセスチューブ１１のアウタチューブ１３に接触して熱を奪うことにより、プロセスチューブ１１の内部を強制的に冷却する。この冷却エア４０による強制冷却によってプロセスチューブ１１の内部の温度は自然冷却の場合に比べて急速に降下して行く。

ところで、この冷却エア４０による強制冷却もプロセスチューブ１１の外側からの冷却であるため、直径が三百ｍｍのウエハ１においてはウエハ１の中心部と周辺部とでは遠近差による温度差や温度降下速度差が発生する。これらの差があるままの状態で強制冷却を継続すると、ウエハ面内の温度分布が不均一になるため、ウエハ１に反りが発生してしまう。
そこで、直径が三百ｍｍのウエハ１の場合の温度差や温度降下速度差を吸収するために、従来例においては強制冷却による温度下降速度は低く設定されている。

しかし、本実施の形態においては、強制冷却に際して、放射温度計５０の導波棒５６を図４（ａ）に示された測温状態に戻すことにより、放射温度計５０の測温結果に基づくフィードバック制御によってウエハ１の中心部と周辺部との温度差を解消させることができるため、強制冷却によるプロセスチューブ１１の内部の温度下降速度を従来例に比べて速く設定することができる。
すなわち、放射温度計５０から送信されて来たウエハ１の中心部の計測温度とカスケード熱電対３５から送信されて来たウエハ１の周辺部の計測温度との間に差が所定の範囲内にある場合には、温度コントローラ３３は冷却エア４０の冷却エア通路４１での流通速度を増速させて行き、所定の範囲外の場合には流通速度の増速を中止する。所定の温度差の範囲とは、ウエハ１に反りまたはスリップが発生するのを防止可能な範囲である。

以上のようにしてプロセスチューブ１１の内部の温度が降下されて行き予め設定された降下時間が経過すると、キャップ２０が下降されて炉口１５が開口されるとともに、ボート２１に保持された状態でウエハ１群が炉口１５からプロセスチューブ１１の外部に搬出される。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) キャップに放射温度計を挿入してボートに保持されたウエハの温度を処理中に計測することにより、インシチュー（In−situ）でウエハの温度を直接計測することができるため、プロセスチューブを加熱するヒータを放射温度計の計測結果によってリアルタイムでフィードバック制御することができ、ホットウォール形熱処理装置の性能および信頼性を高めることができる。

2) キャップに挿入したＬ字形状の放射温度計の水平部の先端をボートに保持された上下で隣合うウエハの間に挿入してウエハの中心部に位置させることにより、放射温度計によってウエハの中心部の温度を直接計測し、この計測結果によってヒータをフィードバック制御することができるため、熱処理中や昇温時および降温時におけるウエハの中心部と周辺部との温度差を解消することができる。

3) 前記1)および2)により、ウエハ面内の温度分布の均一性を大幅に向上させることができるため、熱処理後のウエハにおける処理状態の面内分布の均一性を大幅に向上させることができるとともに、ウエハの反りの発生を防止することができ、ひいてはＩＣの品質および信頼性を高めることができる。

4) 昇温時および降温時におけるウエハの中心部と周辺部との温度差を解消することにより、シーケンス制御の温度昇降速度を速く設定することができるとともに、シーケンス制御の目標温度への到達時間および安定時間を大幅に短縮することができるため、ホットウォール形熱処理装置の昇温および降温性能を大幅に高めることができる。

5) 放射温度計の導波棒を光ファイバ束を保持した保持パイプのエルボ形状部に水平に支持させることにより、ボートに水平に支持されたウエハ間に側方から放射温度計を挿入することができるために、ウエハの中心部の温度を放射温度計によって計測することができる。

6) 放射温度計の導波棒の先端部に傾斜面を形成して全反射面を形成することにより、ウエハ間に挿入した導波棒の検出子端をウエハの下面に光学的に対向させることができるため、ウエハの下面の放射線を導波棒に適正に入射させることができ、もって、ウエハの現在の実際の温度を放射温度計によって正確に計測することができる。

7) 放射温度計の導波棒の先端部に形成した傾斜面からなる全反射面の光軸をウエハの下面の中心部に位置させることにより、ウエハの中心部の放射線を導波棒に適正に入射させることができるため、ウエハの中心部の現在の実際の温度を放射温度計によって正確に計測することができる。

8) 放射線を検出する検出部を有する導波棒を支持した支軸部としての保持パイプを回動させることにより、ウエハの熱処理中に導波棒を支軸としての保持パイプによって回動させてウエハの間から外方へ退避させることができるため、熱処理中の測温対象ウエハ間における原料ガスの流れ等の熱処理条件が変動するのを未然に防止することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、カスケード熱電対を省略して、ウエハ中心部および周辺部における現在の実際の温度を計測する放射温度計によってヒータをフィードバック制御するように構成してもよい。

放射温度計としては前記実施の形態の構成のものを使用するに限らず、光ファイバや他の光学系を使用したものを使用してもよい。
さらには、支軸部を中心に回動する回動部に温度を検出する検出部が設けられたＬ字形状の温度計としては、放射温度計を使用するに限らず、検出部に熱電対部を配置したもの等を使用することができる。

熱処理は酸化処理や拡散処理および拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローおよびアニール処理等に限らず、成膜処理等の熱処理であってもよい。

被処理基板はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。

本発明は、バッチ式縦形ホットウォール形熱処理装置に限らず、バッチ式横形ホットウオール形熱処理装置や縦形および横形ホットウォール形減圧ＣＶＤ装置等の熱処理装置全般に適用することができる。

本発明の一実施の形態であるホットウォール形熱処理装置を示す正面断面図である。 その要部を示す拡大断面図である。 放射温度計を示しており、（ａ）は一部省略一部切断正面図、（ｂ）は要部の拡大断面図である。 放射温度計の作用を示す各平面図であり、（ａ）は測温時を示し、（ｂ）は退避時を示している。

符号の説明

１…ウエハ（基板）、
１０…ホットウォール形熱処理装置（バッチ式縦形ホットウォール形熱処理装置）、１１…プロセスチューブ、１２…インナチューブ、１３…アウタチューブ、１４…処理室、１５…炉口、１６…マニホールド、１７…排気管、１８…排気路、１９…ガス導入管、
２０…キャップ、２１…ボート、２２、２３…端板、２４…保持部材、２５…保持溝、２６…断熱キャップ部、２７…断熱材、
３０…機枠、３１…断熱カバー、３２…ヒータ、３２ａ〜３２ｅ…ヒータ部、３３…温度コントローラ、３４ａ〜３４ｅ…ヒータ熱電対、
３５…カスケード熱電対、３５ａ〜３５ｅ…熱電対部、
４０…冷却エア、４１…冷却エア通路、４２…給気管、４３…排気口、４４…排気路、４５…第一ダンパ、４６…水冷ラジエータ、４７…第二ダンパ、４８…ブロア、
５０…放射温度計、５１…ホルダ、５２…保持パイプ、５３…エルボ形状部、５４…光ファイバ束、５５…継手部、５６…導波棒、５７…全反射面、５８…ロータリーアクチュエータ、
６１…放射線（熱線）、６２…放射線（迷光）。

Claims (5)

1. ボートで保持された基板に対して熱処理を行う処理室と、前記基板の温度を計測する温度計と、を備えており、
   前記温度計は、前記処理室内の前記ボートよりも外側で前記基板の厚さ方向に挿入されて回動自在に支承される支軸部と、この支軸部に保持されて前記基板と平行方向に延在する検出部と、を備えており、前記支軸部の回動によって前記検出部が前記ボートに保持された前記基板よりも外側の位置と前記基板の中心部の位置との間で回動する、
   ことを特徴とする熱処理装置。
2. 前記温度計は、前記処理室内に原料ガスが供給される際に、前記検出部が前記基板の位置から前記ボートよりも外側の位置に回動することを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記温度計は、前記基板の中心部を含む前記基板の径方向の複数点に対応した温度を計測するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
4. 前記温度計は、放射温度計であることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
5. ボートで保持された基板を処理室内に搬入するステップと、
   前記処理室内の前記ボートよりも外側で前記基板の厚さ方向に挿入されて回動自在に支承される支軸部と、この支軸部に保持されて前記基板と平行方向に延在する検出部とを有する温度計が前記支軸部の回動によって、前記検出部が前記基板の中心部の位置に回動し、前記基板の中心部の温度を計測するステップと、
   前記温度計の計測結果に基づいてヒータを制御して前記処理室を加熱しつつ、前記検出部が前記基板の外側の位置に退避して、前記処理室内に原料ガスを供給し前記基板を処理するステップと、
   を有することを特徴とする熱処理方法。

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